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迷宫流道断面形状对灌水器水力性能的影响

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且齿宽对流量 、 流态指数 的影响较齿底距 更显著 ， 而齿宽和
齿底距保持不变时， 齿高与流量 、 流态指数呈负相关 。王建东 等酬 以齿形流道结构 中齿角度 、 间距 、 齿 齿高 、 流道深度为结
构参数 ，研究 了齿形流道结构参数对滴头水力性能的影 响 ， 并对参数影响的显著性进行了排序 。
会产生较 大影响。 因此， 在灌水器流道 断面为矩形且 面积相同的情 况下， 流道 断面为正方形 的灌水器的水力性能要优 于其 它断面形状 的灌水器 ， 且流道断面湿周越 小， 灌水 器的压力补
偿 性越 高 ， 系统 灌溉 均 匀度 越 高 。 关 键词 ： 宫 流道 ； 周 ； 力 Ｊ ； 值 模 拟 迷 湿 水 陡能 数
中国分类号 ：ｖ１１ Ｔ ３
文献标 识码 ： Ａ
０ 引 言
ｍｃ ） ｉ 的流体 分析软件 Ｆ Ｕ Ｎ 以流道断面形 状（ ｓ Ｌ Ｅ Ｔ， 即湿周 ） 作
为结 构参数 ， 在流道 断面面积相 同的情 况下 ， 对不 同断面形 状 的流道 内的流体进行数值模拟 ， 得到灌水器 的压力一流量
负相关 ，其 变化对梯形流道灌水器 的流量系数影响最大 ， 对
关系及流道 内水流流速分布 ， ห้องสมุดไป่ตู้此分析流道断面形状对灌水
器水力性能的影响 。
１ 断面 形 状 参 数 及 网格 划 分
齿形流道灌水器的流量 系数影响次之 。常莹华 跚 等认为当齿 高保持恒定 时 ， 齿宽和齿底距 均与流量 、 流态指数呈正相关 ，
流道断面面积恒为 １ ｍ ，采用 数值 模拟方法分析流道断面 ｍ２ 形状对灌水器水力性能的影响。５种灌水器 的流道断面形状
参数见表 １ 。
［ 收稿 日期 ］ ０ ０ ０ — ６ ［ 回日期 ］ ０ ０ ０ — ５ ２ １— ３ １ 修 ２ １— ３ ２ ［ 基金项 目］ 山西省 自然科 学基金项 目“ 滴灌迷 宫灌水器 中水沙两相流研 究” ２ ０ ０ １ ５ ） （０ ８ １０ ４ 【 作者简介 ］ 李琳 ， ，９ １年生 ， 女 １８ 硕士
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第 篇 ３
Ｌ１ １ １
李，迷流断形对水水｝的响 Ｎ（．ｏ ） 琳 ． 道面状灌器办 色 ｏｏＮ７ 等宫 蛳影 ．ｔ１７ ３ｇ０ Ａｌ． Ｔ２’ ｕ ａ１ ０
上 的分量 ， 若质量力只有重力 ， Ｆ＝ ，ｙ ０ Ｆ＝ ｇ 则 ｘ ０ Ｆ ＝ ，ｚ － 。 李云 开等 ［ ７ 通过研 究 目前 最为典 型的六种迷 宫式流道
２ ５ ｉ ｉ ｕａ ５ 。Ｎｓ ｍ ｒ 等人 ［９ ｈ ８］ －对相位差为 ０的正弦波纹流道进行 ｏ
大面积的推广应用 嘲 。因此 ， 本文针对流道 断面形状 为矩 形 的迷 宫灌水器 ，应用基 于 Ｃ Ｄ （ ｏ ｕａ ｏ ａ ＦｕｄＤ ｎ — Ｆ Ｃ ｍｐ ｔｉｎｌ ｌｉ ｙａ ｔ
图 １ 迷 宫 流道 物 理 模 型
５种不 同断 面形状的矩形迷宫流道灌水器 ， 如图 １ 所示 ， 原点位置在迷宫流道人 口断面几何 中心， Ｙ轴方 向表示流道 宽度 用 Ｗ表示 ， ｚ轴表示流 道断面深度 ｈ 流道长取 ３０ ｍ、 ， ０ｍ
在提取结构参数的基础 上 ， 借助 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ软件模拟流道 内流体运动 ， 过对流体运动 的分析为结构优化设计 提供参 通 考依据 已成为设计高性能灌水器 十分重要 的手段 。 边缝式滴 灌带 以其成本低的优势占有较大 的市 场， 它采用 真空吸塑成 型技术 ， 将灌水器流道断 面设计为较其它形状在生产工艺上 更容易实现的矩形形状 ， 在新疆大 田棉花膜下滴 灌工程得到
迷 宫流道 断面形状对灌水器水力性能 的影响
李琳 李治勤
（ 太原理工大学 ， 太原 ０ ０ ２ ） ３０ ４
摘 要： 为研 究 矩 形 迷 宫流 道 断 面 形状 对 灌 水 器 水 力 性 能 的 影 响 ， 用 软 件 Ｆ Ｕ Ｎ ６１ 利 Ｌ Ｅ Ｔ．软
件对 ５种流道断面形状不 同的矩形迷宫流道 内水流运动进行数值模拟 ，通过模拟得 到的灌 水 器压 力～ 流量关 系和灌水器 内水流流速 分布分析得 出： ） １ 流量 系数 、 态指数 均与断面湿 流
周 呈 正 相 关 ，断 面湿 周越 大 流量 波 动 性 及 对压 力的 敏 感 程度 越 大 ； ）流 道 断 面 湿 周较 小 的 ２
Ｌ 型迷 宫灌水器其流态指数 小于其它 ４种 ， ｌ 小于 Ｏ５ ， 明该 灌水 器内水流为紊流 ， ． 说 ７ 其压 力 补偿性较 高； ） ３ 灌水器流道 内水流具有重复性 ；） ４ 流道断面形状对灌水器 内水流流速 分布 不
第３ （ 期 总第 １７ ） ７期 ２１ ０ ０年 ８ 月
山西水 利科技
Ｓ ＨＡＮＸＩＨＹＤＲｏＴＥＣＩＮＩ Ｉ ＣＳ
Ｎｏ３ Ｔ ｔ１ －（ ｂａ Ｎｏ１ ７ ．７ ）
Ａｕ ．０１ ｇ２ ０
１０ — １９ ２ １ ）３ ０ — ４ ０６— ３ （０ ０ ０ — ４． ８ — ０
滴灌管发现 ， 迷宫式流道内部流体流动 的雷诺数 Ｒ ｅ为 １５ ０—
４ １ ３０ ｏ
表 １迷宫流道断面结构参数
灌水器 流道宽 流道深 湿周／ ｍ 面积 ／ ｍ 流 道 长 ｒ ａ ｍ 编 号 ｗｍ ／ ｍ ｈｍ ／ｍ ／ｍ ｍ
Ｌ ２ Ｌ ３
Ｌ ４
９０ ３ ，层 流和紊流 的临界雷诺数 比常规尺度流道要小 ，低于
迷宫流道式滴灌 灌水器被视 为当前性能最 优越 的滴 灌
灌水器 ， 它主要利用流道 的迷宫式边界使水 流紊乱以降低 流 态指数 ［ 】 】 。为设计 出高性 能的滴灌灌水器 ， 广大学者 和技 术
人员从 不同角度进行着不懈 的努力和探索 。喻黎明 等针对 转角 的变化 ， 对齿形 、 矩形 、 梯形迷 宫流道进行数值 模拟 ， 认 为 当其他条件 相同时 ， 转角 的变化 与流量系数 、 流态指数 呈

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宫流道内固体颗粒运动的CFD模拟及PIV验证.

宫流道内固体颗粒运动的CFD模拟及PIV验证.

２００９年５月农业机械学报第４０卷第５期迷宫流道内固体颗粒运动的ＣＦＤ模拟及ＰＩＶ验证＊喻黎明吴普特牛文全范兴科张林（西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌７１２１００）【摘要】针对迷宫流道灌水器结构细微复杂的特点，分别采用计算流体动力学ＣＦＤ模拟方法和粒子图像测速仪ＰＩＶ观测方法。

对固体颗粒在迷宫流道内的运动规律进行了模拟研究与试验观测，并对２种方法的研究结果进行了分析。

结果表明：ＣＦＤ模拟不同直径、不同密度的固体颗粒运动时，其模拟轨迹线与实际运动线非常接近；当颗粒直径较ｄ、（６５弘ｍ）或密度较小（镁粒，１７４０ｋｇ／ｎ１３）时，ＣＦＤ模拟的颗粒通过的路程与实际运动路程的偏差很小。

而直径或密度较大的颗粒偏差比较大。

其原因是直径或密度较大的颗粒实际运动时更加靠近主流区；采用ＣＦＤ模拟颗粒运动速度是可行的，但颗粒实际运动时，保持高速的时间长于ＣＦＤ模拟。

关键词：滴灌灌水器颗粒运动迷宫流道计算流体动力学粒子图像测速法中图分类号：￥２７５．６文献标识码：ＡＣＦＤＮｕｍｅｒｉｅａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＰＩＶＶｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅＭｏｖｅｍｅｎｔｏｆＳｏｌｉｄＰａｒｔｉｃｌｅｓｉｎＬａｂｙｒｉｎｔｈＣｈａｎｎｅｌＹｕＬｉｍｉｎｇＷｕＰｕｔｅＮｉｕＷｅｎｑｕａｎＦａｎＸｉｎｇｋｅＺｈａｎｇＬｉｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏ—ｈｗｅｓｔＡ＆ＦＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ７１２１００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｎｔｒｉｃａｃｙｏｆｔｈｅｄｒｉｐｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｅｍｉｔｔｅｒｗｉｔｈｌａｂｙｒｉｎｔｈｃｈａｎｎｅｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｔｉｌｉｚｅｄｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂｙＣＦＤａｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂｙＰＩＶｔｏｓｉｍｕｌａｔｅａｎｄｏｂｓｅｒｖｅｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｌａｂｙｒｉｎｔｈｃｈａｎｎｅｌ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｏｆｔｈｅｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｄｅｎｓｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＣＦＤｓｏｆｔｗａｒｅａｃｃｏｒｄｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｍｏｖｅｍｅｎｔｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｏｂｓｅｒｖｅｄｂｙＰＩＶｍａｃｈｉｎｅｗｅｌｌ．Ｗｈｅｎｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｉｓ６５弘ｍｏｒｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｉｓ１７４０ｋｇ／岔，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｐａｔｈｌｅｎｇｔｈｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂｙＣＦＤａｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｂｙＰＩＶｉｓｖｅｒｙｌｉｔｔｌｅ，ｂｕｔｉｔｉｓｂｉｇｗｈｅｎｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｒｄｅｎｓｉｔｙｉｓｂｉｇａｓｔｈｅａｃｔｕａｌｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓａｒｅｍｏｒｅｃｌｏｓｉｎｇｔｏｔｈｅｍａｉｎｓｔｒｅａｍ．ＩｔｉｓｆｅａｓｉｂｌｅｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｙＣＦＤｓｏｆｔｗａｒｅ，ｂｕｔｔｈｅｔｉｍｅｏｆｔｈｅｈｉｇｈｓｐｅｅｄｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｃａｎｋｅｅｐｌｏｎｇｅｒｔｈａｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｅ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＤｒｉｐｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｅｍｉｔｔｅｒ，Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ。

流道结构参数对滴头水力性能影响的模拟研究

流道结构参数对滴头水力性能影响的模拟研究

平 处 理 的试 验 ， 步研 究 了 流道 长度 对 内镶 贴 片 式 滴 头 流 量 初
齿宽
ｒ１ ．
齿＿ ｒ距 ＿１ 间 一
高
及其他参数的影响 。滴 头结构 参数 与水力 性能 之间 的关 系密
切 ， 是受 流道 的封 闭性 和微小 尺寸 的限制 ， 但 传统 的测 量方法
很难清楚地揭示滴头结构参数与水力性能之间 的关系 。 采用计算流体动力学 （ Ｆ 模 拟技 术对滴 头 流道水 流 流 Ｃ Ｄ） 动特性进行数值模拟 ， 目前解决该 问题有效 方法之一 。李 永 是 欣等应用 Ｃ Ｄ模 拟技 术对滴 头齿 距进 行 了研究 Ｊ 结果 表 明 Ｆ ， 在其他尺寸保 持不 变 时 ， 头 齿距 对滴 头 流态 指数 的影 响不 滴 大 。魏正英等应用 Ｃ Ｄ数值 模拟 技术 ｊ可 视化地 揭示 了迷 Ｆ ，
摘
要： 应用 Ｃ Ｄ模拟 滴头内部流体特性 ， Ｆ 分析 了流道 长度 、 宽度、 深度 与滴头水力性能 的关 系。结果表 明， 当其他流道
结构参数保持不 变时， 滴头流量随着流道 长度 的增 大而减 小， 随着宽度与深度的增大而增大； 流道长度 、 流道宽度和流道
深度均对 滴头流 态指数影响 不显 著， 与流量 系数 呈指数 关 系， 流量 系数 随着流道 长度的增 大而减小 ， 随着流道 宽度和深
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特征 ， 同时也反 映了滴 头流量对压力变 化的敏感程 度。灌水器 的流态指数衡量灌水器的流量一压力 曲线的平 滑性 ， 流态指数 越小 ， 灌水器质量 越好 。因此 ， 要想 深入研 究 流道结 构参数 对 滴 头水力性能的影响 ， 须分 析流道结构参数 与滴头水 力性能 必 参数 的关 系。
浅谈迷宫堰在中小型水库溢洪道上的应用

浅谈迷宫堰在中小型水库溢洪道上的应用

浅谈迷宫堰在中小型水库溢洪道上的应用提要：本文针对迷宫堰作为泄洪建筑物的水利学特性和优点进行概括介绍，以期该措施能在中小型水库溢洪道防洪设计中得到进一步推广和应用。

关键词：迷宫堰；溢流前沿长度；泄水建筑物；迷宫堰结构及构造一、概述迷宫堰是一种构造简单，先进实用的薄壁堰型泄水构筑物。

它最早于上世纪六十年代兴建于阿尔及利亚，至上世纪八十年代，这种无须管理和运行调控的适宜于溢洪道快速泄洪的技术措施在美国、澳大利亚、英国和墨西哥等国家得到了广泛的推广和应用。

迷宫堰的主要水利学特点是能在溢洪道有限的断面空间上最大限度地扩大溢流前沿，通过曲径或折线型堰顶，使下泄水流呈三维流态，促进了水流的交叉和掺气消能，在同等水头条件下，迷宫堰顶通过的泄洪流量是直线型薄壁堰的2～2.9倍，其提高泄洪能力的效果是十分显著的。

由于增强了泄洪能力，所以相应地可以提高兴利水位，增大兴利库容。

另外迷宫堰构造简单，投资少，施工运行管理方便。

因此迷宫堰广泛适宜于在中小型水利工程除险加固中使用。

二、迷宫堰泄洪水力学特性相对直线型薄壁堰而言，迷宫堰是由一系列连续折线或曲线型薄壁挡水堰体组成，堰顶以下挡水，堰顶溢流。

迷宫堰是基于折线堰拉直可以扩大有效溢流前沿的构想而创立的，迷宫堰的修建不仅能在有限的溢洪道断面上扩大溢流前沿长度，而且通过曲径和折线型堰顶使堰上水流呈三维流态，使水流在各个截面上，不再垂直正交，增强了下泄水流交叉消能和掺气的效果，保证了洪水超常快速排泄。

自上世纪八十年代以来，经过世界各国大量的试验研究和原型观测，取得了许多宝贵成果，促进了迷宫堰水利学特性和规划设计原理的确立和发展。

迷宫堰泄量计算公式如下：Q=C（W/P）/（W/P+K）*Wt*Ho*（2*g过的泄洪流量是直线型薄壁堰的的2.7～3.0倍，据此反向推论，通过相同的泄洪流量，迷宫堰上的水位仅为直线型薄壁堰的1/2左右，也就是说，在溢洪道上通过一定的最大泄量时，迷宫堰上水头仅为普通直线堰上水头的一半，其减少的堰上水头部分，正好可以提高兴利水位，扩大兴利库容，对大多数中小型水库除险加固和蓄水挖潜来说，是非常有益的泄洪措施。

轴流式水轮机叶片进水边形状对其性能的影响_赵亚萍

轴流式水轮机叶片进水边形状对其性能的影响_赵亚萍


靠处转轮室处 R 增大，而靠轮毂处下移，即 R 减小；方 案 2 和方案 3 叶片进水边靠转轮室处位置相同，但靠轮 毂处，方案 2 位置低于方案 3，其不同叶片型线示意图 如图 3b。
2
数学模型及边界条件
2.1 数学模型 轴流式水轮机内部流动是以水为介质的、复杂的三 维流动，可以视为不可压缩流动。本文首先采用四面体 网格对计算域进行网格划分。同时基于 Navier-Stoke （N-S）方程，应用标准 k-ε湍流模型进行计算和分析。 N-S 方程的描述[28]： 质量守恒
Fig.1
图 1 不同年份轴流式水轮机叶片形状 Different blade shapes of Kaplan turbine from different times
第 13 期
赵亚萍等：轴流式水轮机叶片进水边形状对其性能的影响
95
1.2 计算域及计算工况点 本文以某模型轴流转桨式水轮机为研究对象，并进 行包含蜗壳、活动导叶、转轮、尾水管在内的整机联合 数值计算，其中固定导叶 12 个、活动导叶 24 个、转轮 叶片 5 个，计算域如图 2 所示。在其余过流部件相同的 情况下，分别对 3 种不同的叶片进水边形状（如图 3 所 示）的转轮进行数值研究，以研究轴流转桨式水轮机叶 片进水边形状对水轮机性能的影响。
其中：p 为压强，Pa；ρ 为密度，kg/m3，Sij 为附加源 项。 2.2 边界条件 本文以蜗壳进口作为计算域的进口，尾水管出口为 计算域出口。具体的边界条件给定如下： 进口给定质量流量，并假设速度方向垂直于蜗壳进 口面；出口给定相对压力；假设壁面无滑移，靠近壁面 区域采用标准壁面函数法进行处理；静止和转动部分采 用动静干涉面。
（1. 西安理工大学水利水电学院，西安 710048； 2. 西安热工研究院有限公司，西安 710032） 摘 要：针对轴流式水轮机叶片几何形状差异对水轮机的运行性能和运行范围产生的影响，研究了轴流式水轮机不同叶 片进水边形状与水轮机性能参数之间的关系。在相同叶片安放角的情况下，对具有 3 种不同叶片进水边形状的轴流式模 型水轮机进行数值研究。研究结果表明：在相同的叶片安放角的情况下，不同的叶片进水边形状不仅可以改变流道中从 轮毂到轮缘的流量及环量分配；而且能够有效的改善叶片正背面压力分布，减小转轮内部的低压区，提高水轮机效率及 空化性能；同时不同的水轮机进水边形状可以调节水轮机运行范围。研究结果可为水轮机的优化设计提供理论指导。 关键词：轴流式水轮机，效率，空化性能，运行范围，叶片进水边形状 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.13.016 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2012)-13-0094-06 中图分类号：TK733+.3 赵亚萍，廖伟丽，李志华，等. 轴流式水轮机叶片进水边形状对其性能的影响[J]. 农业工程学报，2012，28(13)：94 －99. Zhao Yaping, Liao Weili, Li Zhihua, et al. Effect of shapes of blade leading edge on hydraulic performance of Kaplan turbine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(13): 94－99. (in Chinese with English abstract)